DE2201652C3 - Vorrichtung zur katalytischen Rekombination von Wasserstoff- und Sauerstoffgas für einen elektrischen Akkumulator - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur katalytischen Rekombination von Wasserstoff- und Sauerstoffgas für einen elektrischen Akkumulator, umfassend ein mit dem Akkumulator verbindbares Gehäuse mit einer auf seiner Unterseite vorgesehenen Durchtrittsöffnung zum Gasvolumen des Akkumulators, einen oberhalb der Durchtrittsöffnung innerhalb des Gehäuses angeordneten Katalysator und eine den Katalysator vollständig von der Durchtrittsöffnung trennende, für Gase durchlässige, poröse Schicht.

Derartige Vorrichtungen sind bekannt (GB-PS 81 400; US-PS 26 87 448; US-PS 26 87 449). Hierbei besteht die poröse Schicht aus in einem Käfig eingeschlossenem, wasserabstoßendem Schüttgut, beispielsweise in Form von Stäbchen aus Keramikmaterial oder Asbestfaserabschnitten, in das der Katalysator eingebettet ist. Bei Gebrauch der Vorrichtung wird auf Grund der Katalysatorwirkung Wasser gebildet, das bei genügend hoher Temperatur des Katalysators und der porösen Schicht diese als Heißdampf verläßt. Unter vielen Betriebsbedingungen, beispielsweise bei Beginn eines Ladevorganges des Akkumulators, weist jedoch die poröse Schicht eine geringere Temperatur auf, bei der der Heißdampf innerhalb der Schicht zu Wassernebel oder flüssigem Wasser kondensiert. Es bilden sich dann innerhalb der Schicht Wassertröpfchen, die gerade

wegen der wasserabweisenden Eigenschaft des Schüttguts dieses nicht verlassen können. Sie behindern den Zutritt weiteren Gases und — soweit sie in der unmittelbaren Umgebung des Katalysators gebildet werden und auf diesen gelangen — die Wirkung des Katalysators. Dadurch wird selbst bei starkem Gasanfall die Rekombination am Katalysator verzögert, bis dieser auch die poröse Schicht genügend stark aufgeheizt hat Dieses Aufheizen wird zusätzlich noch durcn die geringe Wärmeleitfähigkeit der porösen Schicht behindert, da die einzelnen Teilchen des Schüttguts nur in punktweiser Berührung miteinander stehen.

Weiter kann sich bei den bekannten Vorrichtungen der die poröse Schicht umgebende Käfig leicht verformen, und selbst bei gegebenenfalls starr ausgeführtem Käfig kann das Schüttgut in diesem bei Erschütterungen wandern, wodurch sich eine ungleichmäßige Verteilung des Schüttguts und εϊητ ungleichmäßige Dicke und Dichte der porösen Schicht ergeben. Hierdurch besteht die Gefahr, daß an Stellen geringer Dicke und/oder Dichte die explosionshemmende Eigenschaft der Schicht verlorengeht. Die gleiche Gefahr besteht auch dann, wenn es am Katalysator zu einem explosionsartig ablaufenden Rekombinationsablauf kommen sollte, da der dann auftretende Gasdruck den Käfig ausbeulen und das Schüttgut auseinanderdrängen kann, worauf sich die Explosion in den Innenraum des Gehäuses und in das Gasvolumen des Akkumulators fortsetzen kann.

Schließlich ist bei den bekannten Vorrichtungen die poröse Schicht nur mit Schwierigkeiten derart herstellbar, daß der Katalysator in ihr genau mittig eingebettet ist, da in mehreren Arbeitsgängen das teilweise Einfüllen des Schüttguts in den Käfig, das Einlegen des Katalysators und das vollständige Auffüllen des Käfigs mit Schüttgut jeweils mit Genauigkeit durchgeführt werden müssen und da beim Verschließen des Käfigs Erschütterungen und Verformungen vermieden werden müssen, die die Lage des Katalysators verändern.

Bei einer Abwandlung einer der bekannten Vorrichtungen (US-PS 26 87 449) ist der die aus Schüttgut bestehende poröse Schicht umgebende Käfig starr ausgebildet und weist eine Anzahl von Schlitzen und Löchern zum Gasdurchtritt auf. Diese sind aus konstruktiven Gründen so groß bemessen, daß das Schüttgut durch sie hindurch nach außen treten könnte. Um dies zu verhindern, ist der Käfig mit einer zusätzlichen Schicht aus wasserabstoßendem Asbestpapier ausgekleidet. Hierdurch wird jedoch der Gasdurchiritt behindert, und die Maßnahme erfordert einen zusätzlichen Herstellungsaufwand. Die Schwierigkeiten durch die Ansammlung von Wassertröpfchen innerhalb der porösen Schicht werden hierdurch nicht behoben.

Bei einer anderen Abwandlung einer der bekannten Vorrichtungen (US· PS 26 87 448) ist die poröse Schicht anstatt von Schüttgut von jeweils einer Lage von wasserabstoßendem Asbestpapier oder Keramikmaterial gebildet. Hierbei ist die konstruktive Ausführungsmöglichkeit des Katalysators stark eingeschränkt. Die Plattenform weist gegenüber der üblichen Ausführung in Form einer Vielzahl mit katalytischem Material beschichteter Körner eine: nur geringe wirksame Oberfläche auf. Vor allem liegen die Stirnseiten des Katalysators frei, so daß sich von ihnen ausgehend eine Explosion in das Gasvolumen des Akkumulators hinein fortsetzen kann. Auch ist die Schwierigkeit der Wasseransammlung in der porösen Schicht auch bei dieser Ausführungsform vorhanden.

Es ist eine weitere Vorrichtung der eingangs genannten Art bekannt (US-PS 30 38 954), bei der die poröse Schicht von einer aus wasserabstoßendem Glasfasermaterial bestehenden, den Katalysator aufnehmenden Kapsel gebildet ist Hierbei besteht hinsichtlich der Abführung von innerhalb der Kapsel kondensiertem Wasser die gleiche Schwierigkeit wie bei den obenerwähnten Vorrichtungen. Weiter verhält sich Glasfasermaterial elastisch und weist im allgemeinen eine nur geringe Bindung zwischen seinen einzelnen Schichten auf, so daß bei Erschütterungen von dem Katalysator auf die poröse Schicht ausgeübte Kräfte leicht dazu führen können, daß sich innerhalb der Schicht vergrößerte Kanäle oder Risse bilden, durch die hindurch sich eine Explosion in das Gasvolumen des Akkumulators fortsetzen kann.

Bei einer weiteren bekannten Vorrichtung zur katalytischen Rekombination von Wasser- und Sauerstoffgas für einen elektrischen Akkumulator mit einem von gasdurchlässigen, porösen Schichten umgebenen Katalysator ist eine poröse Schicht von zwei miteinander verbundenen Formkörpern gebildet, von denen einer unterhalb des Katalysators angeordnet ist (US-PS 3182 059). Hierbei ist der Katalysator in körniger, verteilter Form in eine innere wasserabweisende Schicht eingebettet, die von einer die Formkörper umfassenden äußeren Kapsel eingeschlossen ist, und die Formkörper bestehen ebenfalls aus wasserabstoßendem Material. Auch hierbei wird daher die Wirksamkeit der Vorrvhtung durch Wassertröpfchen, insbesondere in der inneren Schicht in der Umgebung der einzelnen Katalysatorkörner kondensiertes Wasser, behindert. Um das Wasser von dem Katalysator fernzuhalten, kann zwar innerhalb der Kapsel unterhalb des Katalysators und der inneren wasserabweisenden Schicht eine weitere, saugfähige Schicht und ein die Kondensation von Wasser fördernder Glasblock angeordnet sein, jedoch wird hierdurch die Kondensation von Wasser auch in der Umgebung der Katalysatorkörner nicht verhindert, und es ergibt sich ein vergrößerter Herstellungsaufwand. Zudem behindert das in der saugfähigen Schicht angesammelte Wasser den Gasdurchtritt durch die äußere wasserabstoßende Schicht, weshalb dann vorzugsweise ein Rohr von außen bis in die innere wasserabstoßende Schicht geführt ist, das an seinem inneren Ende mit einem wasserabstoßenden, porösen Formkörper in Form eines Stopfens verschlossen ist. Diese Maßnahme bedingt einen zusätzlichen Aufwand.

Bei einer anderen bekannten Vorrichtung zur katalytischen Rekombination von Wasserstoff- und Sauerstoffgas für einen Akkumulator (GB-PS 3 39 824) ist der Katalysator einerseits an eine Durchtrittsöffnung zum Gasvolumen des Akkumulators über einen Verbindungskanal für die Gaszufuhr angeschlossen, der eine beträchtliche Länge aufweist und in dem zur Explosionshemmung mehrere aus Drahtgewebe bestehende Einsätze liegen. Andererseits ist der Katalysator mit einer zweiten Durchtrittsöffnung über einen zweiten Verbindungskanal für die Abführung des erzeugten Wasserdampfs verbunden. Der zweite Verbindungskanal weist ebenfalls eine beträchtliche Länge auf und ist gekühlt, so daß der Wasserdampf in ihm kondensiert. Das kondensierte Wasser verläßt die zweite Durchtrittsöffnung durch einen wasserdurchlässigen, für Gase undurchlässigen Stopfen aus Glas- oder Asbestwolle, der mit Wasser vollgesaugt ist, so daß er explosionshemmend wirkt. Bei Inbetriebnahme der

Vorrichtung ist der Stopfen jedoch rroch trocken, so daß dann seine explosionshemmende Wirkung nicht sichergestellt ist. Die Vorrichtung erfordert einen großen Herstellungsaufwand.

Bei einer anderen bekannten Vorrichtung (US-PS 26 15 062) mit einem mit dem Akkumulator verbindbaren Gehäuse, einer auf der Unterseite des Gehäuses vorgesehenen Durchtrittsöffnung zum Gasvolumen des Akkumulators, einem oberhalb der Durchtrittsöffnung in dem Gehäuse vorgesehenen Katalysator und einer den Katalysator vollständig von der Durchtrittsöffnung trennenden, für Gase durchlässigen porösen Schicht ist diese Schicht aus einem gelochten Boden und einem daraufliegenden Stopfen aus Glaswolle gebildet, die im Betrieb mit Wasser vollgesaugt ist. Die Schicht dient also gleichzeitig zum Gasdurchtritt in das Gehäuse und zur Wasserabfuhr aus diesem. Das oberhalb des gelochten Bodens angesammelte Wasser behindert dabei jedoch den Gasdruchtritt. Weiter ist der Stopfen wieder bei Betriebsbeginn trocken, so daß eine wirksame Explosionshemmung nicht gewährleistet ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art in konstruktiv einfacher Weise und unter Beibehaltung eines Schutzes des Gasvolumens des Akkumulators vor Explosionen derart auszubilden, daß in der Umgebung des Katalysators kondensiertes Wasser dessen Wirksamkeit nicht beeinträchtigt.

Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die poröse Schicht von zwei miteinander verbundenen Formkörpern gebildet ist, von denen der eine unterhalb des Katalysators und oberhalb der Durchtrittsöffnung angeordnet und wasserdurchlässig ist und von denen der andere wasserabweisend und gasdurchlässig ist.

Bei der Vorrichtung gemäß der Erfindung kann in der Umgebung des Katalysators gebildetes Wasser durch den wasserdurchlässigen Formkörper hindurch von dem Katalysator unmittelbar nach unten in die Durchtrittsöffnung abfließen Die von den beiden Formkörpern gebildete poröse Schicht ist in einfacher Weise herstellbar und verliert auch bei Erschütterungen und selbst bei an dem Katalysator auftretenden, explosionsartigen Verbrennungen ihre explosionshemmende Wirkung nicht. Diese Wirkung ist unter allen Betriebszuständen, insbesondere auch bei der Inbetriebnahme der Vorrichtung, sichergestellt Außer der Durchtrittsöffnung ist keine weitere Öffnung des Gehäuses zur Rückführung des gebildeten Wassers zum Akkumulator erforderlich.

Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnungen näher erläutert Es zeigt jeweils in axialem Querschnitt:

A b b. 1 ein erstes, einfaches Ausführungsbeispiel, A b b. 2 das Ausfuhrungsbeispiel gemäß A b b. 1 in verbesserter Ausführung,

A b b. 3 ein weiteres AusführungsbeispieL
Die in A b b. 1 dargestellte Vorrichtung zur katalytischen Rekombination von Wasserstoff- und Sauerstoffgas umfaßt ein Gehäuse 1, das aus rostfreiem Stahl, Nickel oder einem temperaturbeständigen Kunstharz wie Polycarbonat Polysulfon, Acryl-Butadien-Styrol-Mischpolymerisat usw. besteht Das Gehäuse 1 weist auf seiner Unterseite einen Schraubstutzen 1-1 auf, mit dem es in den Deckel eines Akkumulators eingeschraubt werden kann. Das Innere des Gehäuses 1 ist unterteilt in eine innerhalb des Schraubstutzens 1-1 und oberhalb von diesem befindliche Durchtrittsöffnung 2, die mit dem Gasvolumen des Akkumulators in Verbindung steht, und einen Rekombinationsraum 3, der den die Gase rekombinierenden Katalysator 8 enthält. Die Durchtrittsöffnung 2 und der Rekombinationsraum 3 sind voneinander durch eine explosionsfest ausgebildete, wasserabweisende, poröse, gasdurchlässige Schicht 4

ίο und eine explosionsfeste, wasserdurchlässige, poröse Schicht 5 getrennt. Die Schicht 4 besteht aus gesintertem Pulver eines temperaturfesten Materials wie Alundum oder Korund, und die wasserdurchlässige Schicht 5 kann ebenfalls aus gesintertem Pulver eines temperaturbeständigem Materials bestehen. In der Mitte der glockenförmig ausgebildeten wasserabweisenden Schicht 4 ist konzentrisch ein Wasserablaßstutzen 6 abgedichtet gehalten, der an seinem freien Ende in seinem Inneren die als Stopfen ausgebildete wasserdurchlässige Schicht 5 trägt. Durch den Wasserablaßstutzen 6 gelangt im Rekombinationsraum 3 gebildetes Wasser in die Durchtrittsöffnung 2 und zurück zum Elektrolytvolumen des Akkumulators. Der Katalysator 8 besteht beispielsweise aus Platin oder Palladium, das auf einem mikroporösen Träger, wie beispielsweise gesintertem Aluminiumoxid, verteilt ist. das zur Erzielung einer möglichst großen Oberfläche als eine Vielzahl von Körnern oder dergleichen Teilchen vorliegt. Diese Teilchen sind von einem gasdurchlässigen Behälter 7 umschlossen und oberhalb des Wasserablaßstutzens 6 innerhalb des Rekombinationsraums 3 angeordnet. Der Behälter 7 besteht beispielsweise aus einem Gewebe oder aus geschlitztem Blech, das aus einem korrosionsbeständigen, hitzebeständigen Material wie rostfreier Stahl, Nickel, Blei, Bleilegierungen oder Titan besteht. Die Öffnungen des Behälters 7 sind klein gegenüber den Abmessungen der Teilchen des Katalysators 8. Das Gehäuse 1 hat eine aufrechtstehende zylindrische Form und ist an seinem oberen Ende von einem Deckel 9 verschlossen, der eine Öffnung 9-1 aufweist. Die Öffnung 9-1 ist auf ihrer Unterseite von einer mikroporösen Schicht 10 bedeckt, die durch Pressen von Äthylentetrafluorid-Fasern hergestellt werden kann und die einerseits den Austritt von Wasser verhindert und andererseits dem Ein- und Austritt von Gasen einen nur geringen Strömungswiderstand entgegensetzt.

Die beim Laden des Akkumulators entstehenden, sich in dessen Gasvolumen ansammelnden Wasserstoff- und Sauerstoffgase treten in die Durchtrittsöffnung 2 ein, durchsetzen die wasserabweisende Schicht 4 und gelangen in den den Katalysator 8 umgebenden Rekombinationsraum 3. Bei ihrer Berührung mit dem Katalysator 8 reagieren die Gase auf Grund dessen katalytischer Wirkung miteinander und bilden Wasserdampf. Dieser Wasserdampf wird abgekühlt und niedergeschlagen, wodurch sich Wassertropfen bilden. die dem Elektrolytvolumen des Akkumulators durch die wasserdurchlässige Schicht 5 und die Durchlaßöffnung 2 hindurch zugeführt werden. Falls der Druck innerhalb des Rekombinationsraumes 3 unzulässig hoch wird, entweichen die Gase samt gegebenenfalls vorhandenem Wasserdampf durch die wasserabweisende mikroporöse Schicht 10. Hierdurch wird die Gefahr eirfer Explosion innerhalb des Rekombinationsraumes 3 und damit auch die Gefahr einer Explosion im Gasraum des Akkumulators verringert
Selbst wenn aber der Katalysator 8 eine hohe

Temperatur annehmen sollte, wird eine Explosion des Gasvolumens des Akkumulators dadurch verhindert, daß eine heftige Reaktion des Gases sich nicht durch die porösen Schichten 4,5 hindurch fortsetzen kann.

Abb. 2 zeigt eine Ausführungsform, bei der die Vorrichtung gemäß Abb. 1 weiter verbessert ist. Hier ist der Behälter 7 des Katalysators 8 in geringem, festem Abstand von einem Käfig 11 umgeben, der wiederum aus einem Gewebe oder einem geschlitztem Blech aus einem korrosionsbeständigen, hitzebeständigen Material wie rostfreier Stahl, Nickel, Blei, Bleilegierungen oder Titan besteht. Im Bereich oberhalb des Katalysators 8 weist der Käfig 11 eine derartige Dachform oder Konizität auf, daß an ihm hängende Tropfen seitwärts ablaufen, ohne auf den Katalysator 8 zu fallen. Oberhalb der wasserabweisenden Schicht 4 in geringem Abstand von dieser ist ein Trennboden 12 vorgesehen, der aus korrosionsbeständigem Metall oder hitzebeständigem Kunstharz besteht. Von ihm erstreckt sich der Wasserablaßstutzen 6 nach unten, so daß auf ihm gesammeltes Wasser ablaufen kann. Zum Durchtritt der Gase weist er Gaseinlaßstutzen 13 auf, die sich von ihm nach oben erstrecken. Deren Auslaßöffnungen 13-1 befinden sich in einem Abstand vom Katalysator 8 und sind auf den Käfig 11 hin gerichtet. Außerhalb des Käfigs 11 ist der den Katalysator 8 umgebende Rekombinationsraum 3 mit korrosionsbeständigem, hitzebeständigem Schüttgut in Form von Kugeln 14 oder Tropfen gefüllt, die einen Durchmesser von etwa 0,5 bis 3 mm haben. Die Kugeln 14 bestehen vorzugsweise aus Glas, Keramik oder ähnlichem Material. Die öffnungen des Käfigs 11 sind selbstverständlich kleiner als die Abmessungen der Kugeln 14.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 treten die beim Laden des Akkumulators erzeugten Wasserstoff- und Sauerstoffgase durch die wasserabweisende Schicht 4, wobei der Säurenebel abgeschieden wird, sammeln sich am Außenumfäng der wasserabweisenden Schicht 4 und unterhalb des Trennbodens 12 und werden durch die Auslaßöffnungen 13-1 der Gaseinlaßstutzen

13 in den Rekombinationsraum 3 eingeführt. Hier treten sie durch die Zwischenräume zwischen den Glaskugeln

14 und werden auf ihrem Weg zum Inneren des Käfigs 11 weitgehend gleichmäßig verteilt. Sie erreichen dann den Katalysator 8 von allen Seiten und werden auf Grund der Katalysewirkung zu Wasser vereinigt. Beim Ablauf dieser Reaktion wird die Gasdichte rund um den Katalysator 8 verringert, so daß weitere Gasmengen in die Umgebung des Katalysators 8 angesaugt werden und die Reaktion sich fortsetzt Durch die Reaktionswärme wird der Katalysator β erwärmt so daß das Wasser im allgemeinen in Form von Dampf erzeugt wird. Der größte Teil des erzeugten Wasserdampfs wird auf der Oberfläche der Glaskugeln 14 abgekühlt und kondensiert Ein Teil des Wasserdampfs wird auch von der Innenseite der Wandung des Gehäuses 1 und des Deckels 9 abgekühlt und kondensiert Das erzeugte Wasser tritt durch die Zwischenräume der Glaskugeln 14, sammelt sich in dem Wasserauslaßstutzen 6 und tritt durch die wasserdurchlässige Schicht 5 in die Durchlaßöffnung 2, von wo es in das Elektrolytvolumen zurückgeführt wird.

Die Ausführungsform hat folgende Vorteile. Da der Rekombinationsraum 3 und das Gasvolumen des Akkumulators voneinander durch die eine Explosion verhindernde und explosionsfesten porösen Schichten 4, 5 getrennt sind, kann eine Explosion selbst dann, wenn sie von dem bis zum Glühen erhitzten Katalysator 8 ausgeht, sich nicht in das Innere des Akkumulators fortsetzen. Obwohl der Wasserablaßstutzen 6 mit der porösen, wasserdurchlässigen Schicht 5 verschlossen ist, kann das erzeugte Wasser ohne weiteres in den Akkumulator zurückfließen. Da die wasserabweisende Schicht 4 kein Wasser, sondern lediglich die Gase hindurchtreten läßt, kann das erzeugte Wasser zum Elektrolytvolumen nur durch den Wasserauslaßstutzen

6 hindurch zurückgelangen.

Eine lokale Überhitzung des Katalysators 8 auf Grund einer punktweisen Beaufschlagung mit den Gasen wird dadurch verhindert, daß ein bestimmter Abstand zwischen den Austrittsöffnungen 13-1 und dem Katalysator 8 eingehalten ist, und daß die Auslaßöffnungen 13-1 von den Glaskugeln 14 umgeben sind, die den Gasfluß gleichmäßig machen, so daß das Gas an den Katalysator 8 von allen Seiten gleichmäßig herantritt. Auf Grund der Vermeidung einzelner hocherhitzter Stellen am Katalysator 8 wird wiederum die Explosionsgefahr vermindert, da von solchen Stellen eine Explosion ausgehen könnte.

Weiter wird durch die den Käfig 11 umgebenden Glaskugeln 14 der auf katalytischem Wege erzeugte Wasserdampf schnell abgekühlt und kondensiert. Während sich das Wasser durch die Durchtrittsöffnungen zwischen den Glaskugeln 14 und entlang deren Oberflächen abwärtsbewegt, wird es auf Grund der Kapillarkräfte weitgehend verteilt. Dadurch wird ein plötzlicher Wasseranfall vermieden. Die Form des Käfigs 11 und dessen Abstand gegenüber dem Behälter

7 des Katalysators verhindern, daß niedergeschlagenes Wasser zum Katalysator 8 gelangt. Dadurch wird dessen Funktion nicht durch Wasser beeinträchtigt Durch den geringen Abstand des Käfigs 11 gegenüber dem Katalysator 8 und durch die Anwesenheit der Glaskugeln 14 außerhalb des Käfigs 11 ist das in dem Rekombinationsraum 3 verbleibende Gasvolumen sehr gering. Hierdurch ist die Wirkung einer sich am Katalysator 8 entzündenden Explosion gering. Weiter werden die Auswirkungen einer solchen Explosion auch dadurch weitgehend verringert, daß die dann miteinander reagierenden Gase von den Glaskugeln 14 gekühlt werden. Diese Kühlwirkung wird in vielen Fällen bereits eine Explosion verhindern und zumindest derer Übergreifen auf zwischen den Glaskugeln 14 befindliche Gasmengen verhindern. Die Glaskugeln 14 unterstützen somit die explosionshemmende Wirkung der poröser Schichten 4,5. Durch die die öffnung 9-1 des Deckels 3 bedeckende, wasserabweisende, mikroporöse Schicht 10 hindurch können die erzeugten Gase entweichen wenn sie unter Überdruck stehen. Auch hierdurch wird die Explosionsgefahr verringert Weiter ist ein Gasaustausch durch die Mikroporen der Schicht 10 möglich. Sc kann beispielsweise beim Laden des Akkumulators eir Wasserstoffüberschuß entstehen, wodurch der Partialdruck des Sauerstoffs im Gasraum des Akkumulator» sinkt in diesem Fall kann aus der Umgebungsluft durch die mikroporöse Schicht 10 hindurch eine genügende Menge von Sauerstoff angesaugt werden, um der überschüssigen Wasserstoff zu binden. Hierdurch wire die Wirksamkeit der Vorrichtung erhöht

Die Vorrichtung gemäß F i g. 2 wurde bei einerr Versuch mit Bleibatterien mit einer Kapazität von 130 500 bzw. 2000 Ah während 10 h verbunden. Ir Nachbildung eines in der Praxis häufig vorkommender Falls wurden die Zellen der Batterie mittels eine! Ladegeräts unter einer konstanten Spannung von 2,15 \ geladen. Hierbei ergab sicn, bezogen auf das theoreti

609623/33;

ίο

sehe Elektrolyseergebnis, eine Rekombination von mehr als 95% bei einer Gebrauchsdauer von mehr als 1 Jahr. Im Verlauf dieses Versuchs wurde zusätzlich ein Überstromversuch vorgenommen. Hierbei wurde die Batterie während 48 h mit einem Überstrom geladen, durch den sich eine gespeicherte Energie von 5% über der nominalen Kapazität der Batterie ergab. Hierbei wurden die sonst beim Laden mit Überstrom beobachteten Erscheinungen nicht gefunden; es trat kein Säurenebel aus der Batterie aus, es ergab sich keine Explosion durch eine Überhitzung des Katalysators oder durch einen äußeren Funken, und nach der erneuten Einstellung der Ladespannung auf 2,15 V wurde keine Verschlechterung der Funktion der Batterie beobachtet.

Die Lebensdauer der Vorrichtung zur katalytischen Rekombination wurde dadurch untersucht, daß diese mit einer Nachbildung einer Batterie verbunden wurde und daß diese Nachbildung ständig mit einem Überstrom von 0,1 bzw. 0,5 A geladen wurde. Selbst nach einer Versuchsdauer von 5 Jahren hatte sich an der Rekombinationsleistung und den übrigen Eigenschaften der Vorrichtung nichts geändert.

Abb.3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel. Der Katalysator 8 befindet sich hier in einem Behälter 21, der innerhalb des Innenraums des Gehäuses 1 für Gase allseitig zugänglich gehalten ist und der aus einer glockenförmigen wasserabweisenden Schicht 21-2 und einer das untere Ende der Glocke verschließenden, wasserdurchlässigen Schicht 21-1 besteht. Der gesamte Behälter 21 kann wieder aus gesintertem Alundum, Korund od. dgl. bestehen. Die wasserdurchlässige Schicht 21-1 wird durch einen entsprechenden Wirkstoff, beispielsweise einen oberflächenaktiven Wirkstoff, wasserdurchlässig gemacht. Dagegen wird die wasserabweisende Eigenschaft der glockenförmigen Schicht 21-2 durch Silikon, Polytetrafluoräthylen oder Paraffin erreicht. Die genannten Stoffe sind jeweils auch bei der wasserdurchlässigen Schicht 5 bzw. der wasserabweisenden Schicht 4 der Ausführungsbeispiele gemäß F i g. 1 und 2 verwendbar.

Innerhalb des Gehäuses 1 ist mit Abstand oberhalb der glockenförmigen, wasserabweisenden Schicht 21-2 ein Siebboden 22 angeordnet, der aus einem Gewebe aus rostfreiem Stahl oder Nickel oder einem geschlitztem Blech aus einer Bleilegierung besteht. Der Raum innerhalb des Gehäuses 1 unterhalb des Deckels 9 und oberhalb des Siebbodens 22 ist mit Glaskugeln 23 gefüllt. Der Siebboden 22 hat eine sich zur Mitte hin erhöhende, konische Gestalt Der obere Teil der glockenförmigen Schicht 21-2 des Behälters 21 verjüngt sich ebenfalls nach oben zu einer Spitze hin, um einen Ablauf von Wassertropfen zu ermöglichen. An seinem unteren Ende ist der Behälter 21 mittels eines Einsatzes 24 gehalten, der aus einem korrosionsbeständigen Metall oder einem hitzebeständigen Kunstharz wie beispielsweise einem Polycarbonat besteht. Wie durch gestrichelte Pfeile angedeutet, treten die im Akkumulator erzeugten Gase in den Innenraum 3 durch einer Spalt zwischen dem Behälter 21 und dem Gehäuse i bzw. dem Halter 24 ein. Sie durchsetzen dann die wasserabweisende poröse Schicht 21-2 und reagieren auf Grund der katalytischen Wirkung des Katalysators 8 miteinander. Der hierdurch erzeugte Wasserdampf steigt infolge seiner Wärme nach oben und wird an den

ίο Glaskugeln 23 im oberen Teil des Innenraums 3 gekühlt und kondensiert. Die sich hierdurch bildenden Wassertropfen fließen durch den erwähnten Spalt zwischen Behälter 21 und Gehäuse 1 bzw. Halter 24 zurück zum Elektrolytvolumen des Akkumulators. Weiter fließer die innerhalb des Behälters 21 gebildeten Wassertropfen durch die wasserdurchlässige Schicht 21-1 hindurch zum Akkumulator zurück. Zum Vergleich wurde eine Bleibatterie mit einer Kapazität von 50 Ah mit einer Vorrichtung gemäß F i g. 3 und eine andere, gleichartige Bleibatterie mit einer Vorrichtung gemäß dem Stand der Technik ausgerüstet. Diese Batterien wurden geladen, wobei folgende Ergebnisse erhalten wurden:

Rekombinationsvermögen

Lebensdauer

Vorrichtung
gemäß A b b. 3

95%

Vorrichtung
gemäß dem Stand
der Technik 85%

länger als 5 Jahre (biszum Prioritätstag keine Verschlechterung erkennbar)

3 Jahre

Das Rekombinationsvermögen wurde ermittelt bei ständigem Laden unter einer konstanten Spannung von 2,4 V bei Raumtemperatur.

Da bei dem Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 3 der den Katalysator 8 enthaltende Raum innerhalb des Behälters 21 gebildet ist und praktisch dem Materialvolumen des Katalysators 8 gleicht, ist das im Falle einer Überhitzung des Katalysators 8 innerhalb des Behälters 21 zu einer Explosion zur Verfugung stehende Gasvolumen so gering, daß die Wahrscheinlichkeit einer Explosion stark verringert ist und daß im Falle einer explosionsartig ablaufenden Verbrennung kein Schaden entsteht.

Um Verunreinigungen der öffnung 9-1 im Deckel 9 zu verhindern, kann oberhalb des Deckels 9 eine in den Figuren nicht gezeigte Schutzscheibe vorgesehen sein, die die Öffnung 9-1 überdeckt und in der oder zwischen der und dem Deckel 9 ein Kanal vorgesehen ist oder in

einem gegenüber der öffnung 9-1 erweiterten Schlitz mündet

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (14)

22Oi Palentansprüche:

1. Vorrichtung zur katalytischen Rekombination von Wasserstoff- und Sauerstoffgas für einen elektrischen Akkumulator, umfassend ein mit dem Akkumulator verbindbares Gehäuse mit einer auf seiner Unterseite vorgesehenen Durchtrittsöffnung zum Gasvolumen des Akkumulators, einen oberhalb der Durchtrittsöffnung innerhalb des Gehäuses angeordneten Katalysator und eine den Katalysator vollständig von der Durchtrittsöffnung trennende, für Gase durchlässige, poröse Schicht, dadurch gekennzeichnet, daß die poröse Schicht von zwei miteinander verbundenen Formkörpern (5, 4; 2-i-i, 21-2) gebildet ist, von denen der eine (5; 21-1) unterhalb des Katalysators (8) und oberhalb der Durchtrittsöffnung (2) angeordnet und wasserdurchlässig ist und von denen der andere (4; 21-2) wasserabweisend und gasdurchlässig ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die poröse Schicht (5, 4: 21-1, 21-2) explosionsfest ausgebildet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der wasserabweisende Formkörper (4; 21-2) eine gegenüber dem wasserdurchlässigen Formkörper (5; 21-1) mehrfach größere Ausdehnung hat.

4. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die poröse Schicht (5, 4; 21-1, 21-2) den Innenraum des Gehäuses (1) in einen unterhalb der Schicht liegenden kleineren, mit der Durchtrittsöffnung (2) unmittelbar in Verbindung stehenden Raum und einen oberhalb der Schicht 'legenden größeren, den Katalysator (8) enthaltenden Raum (3) unterteilt (Abb.1,2).

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der wasserdurchlässige Formkörper (5) als Pfropfen in einem die Mitte des wasserabweisenden Formkörpers (4) abgedichtet durchsetzenden Wasserablaßstutzen (6) in dessen unterem Ende gehalten ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der wasserabweisende Formkörper (4) die Form einer nach unten offenen, auf der Oberseite ebenen zylindrischen Glocke hat, deren Außendurchmesser vorzugsweise etwas geringer als der Durchmesser des Gehäuses (1) ist ( A b b. 2).

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb der porösen Schicht (5, 4), vorzugsweise in geringem Abstand von dieser, und unterhalb des Katalysators (8) ein waagerechter Trennboden (12) angeordnet ist, daß sich von dem Trennboden (12) nach oben mindestens ein Gasdurchlaßstutzen (13) erstreckt, dessen oberer Auslaß (13-1) sich in einem Abstand von dem Katalysator (8) befindet, und daß sich der Wasserablaßstutzen (6) von dem Trennboden (12) nach unten erstreckt.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, do dadurch gekennzeichnet, daß der wasserabweisende Formkörper (21-2) die Form einer nach unten offenen Glocke mit dachförmig oder konisch ausgebildeter Oberseite hat und mit dem die offene Seite der Glocke abschließenden wasserdurchlässigen Formkörper (21-5) eine den Katalysator (8) aufnehmende Kapsel (21) bildet, die im Innenraum des Gehäuses (1) allseitig den Gasen zugänglich

gehalten ist( Abb. 3).

9. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenraum des Gehäuses (1) teilweise mit einem gasdurchlässigen und zur Kondensation von Wasser geeigneten Schüttgut, vorzugsweise Glasperlen (14), gefüllt ist (Abb. 2,3).

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7 und nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator (8) in geringem Abstand von einem Käfig (11) aus Drahtgewebe od. dgl. umgeben ist, der sich oberhalb des Katalysators (8) so stark dachartig oder konisch nach oben verjüngt, daß Wassertropfen schräg an ihm abfließen, und daß der den Katalysator (8) umgebende Raum (3) außerhalb des Käfigs (111 mit dem Schüttgut (14) gefüllt ist (Abb.2).

} 1. Vorrichtung nach Anspruch 7 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Gasdurchlaßstutzen (13) in das Schüttgut (14) hinein erstreckt.

52. Vorrichtung nach Anspruch 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Gehäuse (1) oberhalb der Kapsel (21) ein Siebboden (22) vorgesehen ist und daß der Innenraum (3) des Gehäuses (1) oberhalb des Siebbodens (22) mit dem Schüttgut (23) gefüllt ist( Abb. 3).

13. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenraum des Gehäuses (1) über eine vorzugsweise in einem obenliegenden Deckel (9) des Gehäuses (1) gebildete, von einer wasserabweisenden mikroporösen Schicht (10) bedeckte öffnung (9-1) mit der Umgebungsluft in Verbindung steht (A b b. 1 bis 3).

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß außerhalb der öffnung (9-1) in geringem Abstand von dieser eine sie überdeckende und über einen Kanal mit der Umgebungsluft verbindende Schutzscheibe vorgesehen ist.